一种双模式驱动水凝胶软体机器人的制备方法技术

本发明专利技术涉及软体机器人技术领域，特别是涉及一种双模式驱动水凝胶软体机器人的制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种双模式驱动水凝胶软体机器人的制备方法


[0001]本专利技术涉及软体机器人
，特别是涉及一种双模式驱动水凝胶软体机器人的制备方法
。

技术介绍

[0002]湿度响应致动器是一种能够响应环境水分或湿度波动而改变体积的材料，在传感器和软体机器人中得到了广泛应用
。
然而，典型的湿度响应致动器是基于双层
(
激活层
‑
惰性层
)
结构和周期性湿度刺激，极大地限制了运动范围和模式
。
[0003]尽管对湿度响应材料的研究取得了很大的进展，但以往的工作严重依赖于典型的活性层
(
激活层
)
和非活性层
(
惰性层
)
的双层结构，而非活性层限制了运动范围和输出
。
即，现有的双层结构湿度响应软体机器人存在运动方向受限
、
机械输出低
、
强烈依赖外部周期性湿度刺激的缺点
。
[0004]近年来，单层和独立式湿度响应致动器由于其在柔性变形响应和高效力学输出方面的巨大潜力而引起了人们越来越多的关注
。
然而，非活性层的缺陷导致了单层湿度响应致动器的运动控制困难，这与膨胀和弯曲过程中的复杂力学行为有关
。
虽然一些表面形貌设计已经在双层结构的前期工作中使用过，但在单层致动器中不能很好地发挥作用，因为水和湿气会高速渗透到活动层中，从而失去弯曲性能
。
因此，实现单层和独立式湿度响应执行器的可控操纵一直是一个挑战，这对传感器
、
人工肌肉和软体机器人都具有重要意义
。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的双层结构湿度响应软体机器人运动方向受限
、
机械输出低
、
强烈依赖外部周期性湿度刺激的缺点，而单层湿度响应软体机器人可控性差的问题，本专利技术提供一种双模式驱动水凝胶软体机器人的制备方法
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术技术方案之一，一种水凝胶薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]将壳聚糖
、
酸加入到聚乙烯醇水溶液中搅拌得到水凝胶；
[0009]将所述水凝胶风干得到薄膜；
[0010]对所述薄膜进行激光刻蚀，得到所述水凝胶薄膜材料
。
[0011]本专利技术技术方案之二，一种利用上述的制备方法制备得到的水凝胶薄膜材料
。
[0012]本专利技术技术方案之三，上述的水凝胶薄膜材料在传感器
、
人工肌肉和软体机器人中的应用
。
[0013]本专利技术技术方案之四，一种双模式驱动水凝胶软体机器人，原料包括上述的水凝胶薄膜材料
。
[0014]本专利技术技术方案之五，一种上述的双模式驱动水凝胶软体机器人的制备方法，将所述水凝胶薄膜材料通过夹具和
/
或粘具组合成固定装配，得到所述双模式驱动水凝胶软体机器人
。
[0015]本专利技术技术原理：
[0016]水凝胶网络可以在一定程度上减缓内部水的扩散
。
当扩散系数合适时，来自水扩散的水浓度梯度可以建立与“激活
‑
惰性”层类似的结构，然后触发水响应形状的变化
。
此外，水凝胶还可以在干燥空气中释放水分子作为相反的过程，因此水凝胶湿度响应致动器也可以在适当的加热过程中实现收缩变形，这有利于湿度响应致动器的双模控制
。
在此基础上，本专利技术采用激光等手段在水凝胶薄膜材料
(
水凝胶软体机器人
)
表面不同位置刻蚀不同条纹，使得水凝胶软体机器人表面不同位置具有不同湿气吸附能力和弯曲变化阻力，使其能够在相同条件下具有不同的响应效果，以实现特定功能
。
[0017]本专利技术公开了以下技术效果：
[0018](1)
本专利技术通过激光在水凝胶薄膜材料表面蚀刻条纹提供了更多的表面来吸收水分子从而产生更大的膨胀，并且激光蚀刻减小了水凝胶薄膜材料的厚度，在变形过程中减小了弯曲阻力，使得水凝胶薄膜材料倾向于垂直于条纹方向弯曲，从而实现了对水凝胶薄膜材料的可控操纵
。
[0019](2)
本专利技术经表面激光刻蚀制备的水凝胶薄膜材料
(
水凝胶软体机器人
)
具备不对称表面次级结构，可促使表面不同位置具有不同湿度吸附能力和弯曲阻力，使其在稳定蒸发场中定向运动
(
由稳定的蒸发环境驱动
)
，摆脱周期性外部湿度刺激的限制，避免了传统双层结构软体机器人的周期性水分刺激，提高了自驱动软机器人的实际应用
。
[0020](3)
本专利技术制备的水凝胶薄膜材料
(
水凝胶软体机器人
)
为均匀的单层结构，因此来自不同方向的湿度和温度梯度可以触发相对响应，有效地扩展了运动范围和控制方式
。
本专利技术所制备的水凝胶软体机器人在湿度和温度的协同操纵下，可以完成复杂的机械行为，包括并不限于抓取和搬运
。
[0021](4)
本专利技术的水凝胶薄膜材料可通过合理的设计
、
剪裁，实现不同功能，制备适应各种应用环境的水凝胶软体机器人
。
[0022](5)
本专利技术提供了一种单层水凝胶致动器的概念设计，该致动器能够实现多向变形和双模式操作，并能在稳定的湿度梯度下实现连续自驱动
。
此外，由于双模控制，作为软体机器人的水凝胶致动器可以进行抓取和转移等复杂的力学行为
。
这些结果为各种前沿应用开辟了新的机会，包括智能设备
、
能量转换材料和微型机器人
。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图
。
[0024]图1为本专利技术水凝胶软体机器人模拟变形与应力图
。
[0025]图2为本专利技术水凝胶软体机器人内部水浓度梯度模拟图
。
[0026]图3为实施例1制备的水凝胶软体机器人数码照片
。
[0027]图4为实施例1制备的水凝胶软体机器人右侧受到湿气刺激响应效果图
。
[0028]图5为实施例1制备的水凝胶软体机器人右侧受到温度刺激响应效果图
。
[0029]图6为实施例1制备的水凝胶软体机器人左侧受到湿气刺激响应效果图
。
[0030]图7为实施例1制备的水凝胶软体机器人左侧受到温度刺激响应效果图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种水凝胶薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将壳聚糖
、
酸加入到聚乙烯醇水溶液中搅拌得到水凝胶；将所述水凝胶风干得到薄膜；对所述薄膜进行激光刻蚀，得到所述水凝胶薄膜材料
。2.
根据权利要求1所述的水凝胶薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇水溶液的浓度为
0.05g/mL
～
2g/mL
；所述壳聚糖与酸质量
‑
体积比为
1g:0.25mL
～
1g:1mL
；所述壳聚糖与聚乙烯醇溶液的质量比为
0.01
～
0.5
；所述酸为硫酸
、
盐酸
、
盐酸和乙酸的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的水凝胶薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述将所述水凝胶风干得到薄膜具体为将所述水凝胶按照质量
‑
面积比
0.1g/1cm2～
1g/1cm2铺于模具中，在
25℃
～
50℃
环境中风干，得到薄膜
。4.
根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，李程鹏，张乾熙，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：